水平井鉆井速度影響因素及提速措施分析

劉健寧

摘 ?要：提高水平井鉆井的速度是研究鉆井新技術的熱點，在分析影響鉆井速度因素的基礎上，從科學管理、優(yōu)化井身結構和軌跡控制、優(yōu)化鉆井液和改善鉆井設備等方面探討了提高水平井鉆井速度的措施，并介紹了未來在水平井鉆井中可能采用的新技術。

關鍵詞：水平井;鉆井;鉆速

引言

在油氣田開發(fā)的過程中，鉆井工程是一個重要的手段和環(huán)節(jié)，投入高、風險大、技術密集，投資占勘探開發(fā)的50%以上。鉆井速度直接影響油氣田開發(fā)的效益，但近年來水平井鉆井施工中遇到了很多復雜情況，影響了工程進度和鉆井效益，為了改善鉆井質(zhì)量、提高鉆井效率、防止鉆井安全事故和獲得更大的經(jīng)濟利益，對水平井的鉆井速度提出了更高的要求。

1 鉆井速度的影響因素

1.1 地質(zhì)特征

地質(zhì)特征是影響鉆井速度的重要因素之一，復雜的地質(zhì)情況，特別是深井、超深井地質(zhì)情況不明，地質(zhì)預告不準等原因會給鉆井施工帶來一定的困難，導致鉆井中遇到噴、漏，塌、卡等復雜情況，影響鉆井速度。地層的穩(wěn)定性還會影響到增斜降斜的效果，使水平段穩(wěn)斜困難，增加了軌跡控制的難度。地層的壓實程度不同，對鉆速的影響不同，如隨著井深的加深會有更大的壓實程度，成巖性好而使機械鉆速下降[1]。

1.2 鉆井工具因素

鉆井工具的選擇作為水平井提速的主動、關鍵的因素直接影響到各種情況下的鉆井速度。由于水平井有特殊的地質(zhì)結構和巖性，施工鉆頭必須有較好的密封性、耐磨性和抗沖擊能力，不同廠家生產(chǎn)的鉆頭適應性不同，品質(zhì)不同，選型不同，都會影響鉆井速度。三牙輪鉆頭定向、增斜比較容易，但是牙輪鉆頭的使用壽命相對短，起下鉆次數(shù)比較多，延長了工程周期。PDC鉆頭復合鉆進比較快，但是增斜降斜的效果不好，工具面浮動范圍大，受鉆壓的影響較大，托壓現(xiàn)象嚴重。螺桿的選擇和使用同樣會影響鉆井速度，水平井從造斜、增斜、穩(wěn)斜、水平段都要使用螺桿進行復合鉆進，不同彎度的螺桿造斜能力不同，良好的造斜能力能減少滑動鉆進進尺，螺桿的壽命以及能否正確的使用螺桿都對鉆井速度都有影響[2]。

1.3 鉆井因素

鉆井液因素，可以說鉆井液的性能決定著鉆井的成敗，鉆井液的性能及與地層的適應性至關重要，如果說鉆井液不能滿足水平井的攜沙要求，造成井眼凈化不好、井壁穩(wěn)定性差、潤滑性能不佳等都會降低機械鉆速，嚴重還會造成縮徑、掉塊、井塌等井下復雜情況。

水平井井眼軌跡設計不科學，會造成水平井造斜率高，井眼曲率大，后期鉆井施工難度大。由于井眼軌跡不平滑，狗腿度大，頻繁調(diào)整軌跡導致摩阻大，易粘卡，起下鉆易遇阻，需多次開泵循環(huán)劃眼方能正常起下鉆，鉆具加壓困難，大大降低了機械鉆速[3]。

2 提高鉆井速度的措施

鉆井速度的提升是隨著水平井鉆井技術的發(fā)展而來的，但是提速技術比原來的鉆井技術更具有實用價值。

2.1 科學管理

鉆井施工中的每道工序都是關鍵，施工中每個人的熟練程度和技術水平是影響鉆進速度的重要因素，因此在水平井鉆井過程中要培養(yǎng)工人的操作技術水平和對工序的熟練程度，做好各道工序銜接，開好班前班后會和技術交底會都能有效地提高鉆井速度[4]。還可以聘請經(jīng)驗豐富的技術服務工程師，現(xiàn)場指導操作人員施工，當然，安全和風險管理也是很重要的，安全生產(chǎn)重于泰山。強化設備管理，減少機械故障，嚴格進行巡回檢查，發(fā)現(xiàn)問題及時整改，加強設備的定期維護保養(yǎng)，老化的設備及時更新，降低機械修理時間。

2.2 優(yōu)化井身結構和軌跡控制

優(yōu)化井身結構，可以有效地縮短鉆井周期，減少鉆井事故的發(fā)生概率。優(yōu)化井身結構既能保證井眼軌跡圓滑，造斜曲率穩(wěn)定，降低摩阻，減少井下事故，盡可能的增加復合鉆進井段，又能有效發(fā)揮PDC鉆頭的作用，同時也能有效地解決快速安全入靶的問題。優(yōu)化井身結構是以詳細的地質(zhì)描述為基礎的，以地質(zhì)參數(shù)為基礎詳細描述水平井地應力和巖石力學參數(shù);分析預測水平井井壁的穩(wěn)定系數(shù)和地層壓力結構體系，進而分析地層的可鉆性[5]。

常規(guī)的水平井有直井段、斜井段和水平段三部分組成，水平井的井眼軌跡控制主要是控制斜井段和水平段，要加強井眼軌跡的實時跟進預測，動態(tài)調(diào)整軌跡控制方案，嚴格控制井眼狗腿度，確保井眼軌跡光滑。對一口水平井來說，從造斜點到入靶點的垂深增量和水平位移增量是一定的，如果實鉆軌跡偏離設計軌道，會直接影響中靶精度，由于井下條件復雜多變，實鉆井眼軌跡點的位置相對與設計軌道曲線總是會提前或滯后，所以，要在軌跡預測計算中留有余地和后備手段，以提高工作效率，減少起下鉆的次數(shù)。

2.3 優(yōu)化鉆井液

機械鉆速受鉆井液性能的影響，鉆井液固相含量越高、粘度越大機械鉆速越低，鉆井液中有害的固相含量和低質(zhì)量的藥品都會對鉆井速度帶來負面影響。優(yōu)化鉆井液體系，可以保護儲層、降低消耗、凈化井眼、防止垮塌、維護井壁、預防鉆頭泥包，可以達到安全、快速鉆井的目的。

2.4 改善鉆井裝備

鉆井裝備的技術含量是提升鉆井速度的重要因素，其中頂驅(qū)系統(tǒng)對提高鉆井速度的影響最大，它可以縮短起下鉆時間，減少阻卡等事故的發(fā)生，提高鉆井的效率和速度。

3 使用鉆井新技術

3.1 套管鉆井技術

隨著新材料、新技術和電子科技的發(fā)展，上世紀90年代套管鉆井技術發(fā)展起來了，用套管代替鉆桿實現(xiàn)鉆頭的旋轉與鉆進，實現(xiàn)鉆井和下套管作業(yè)同時進行，鉆頭在套管內(nèi)通過鋼絲繩進行投撈，套管鉆井是單方向地鉆入地層，省去起下鉆環(huán)節(jié)，完鉆即可固井。套管鉆井節(jié)省了鉆桿和鉆鋌的費用，消除了因起下鉆帶來的抽汲作業(yè)和激動壓力，改善了井控質(zhì)量，減少井涌的發(fā)生;還可以減小鉆機的尺寸，易于搬遷和操作，減少勞動強度和搬遷費用，據(jù)國外鉆井公司統(tǒng)計，套管鉆井可以節(jié)約鉆時30%左右。

3.2 欠平衡鉆井

欠平衡鉆井是上世紀90年代發(fā)展起來的一項新技術，可以大幅度提高水平井的產(chǎn)量和提高鉆井速度。欠平衡鉆井是在鉆井過程中使井內(nèi)液柱壓力低于地層空隙壓力的鉆井方法，利用自然或人工的方法在可控的條件下使鉆井液的壓力略低于要鉆的地層壓力，用旋轉防噴器控制井口的方法鉆井，在井筒內(nèi)形成負壓，地層流體可以進入井內(nèi)，井壁是否穩(wěn)定和井口控制是保證欠平衡鉆井成功的關鍵。通常情況下欠平衡鉆井要比常規(guī)鉆井有更高的鉆速，尤其是在水平井段鉆進時，可大大減少鉆進時間，延長鉆頭壽命，提高鉆井時效。

3.3 旋轉導向鉆井

旋轉導向鉆井是一項尖端科技，隨著近年來鉆井公司對降低成本、提高效率和在復雜條件下快速鉆進的要求，以及水平井、多分支井、大位移井迅速發(fā)展而發(fā)展起來的，它是在鉆具旋轉時，隨鉆實時完成導向功能的一種導向鉆井系統(tǒng)，在鉆進時的摩阻與扭矩比較小、鉆進速度快、實時控制井眼軌跡，保證軌跡平滑、可延長水平段長度、相對來說建井周期短、成本低。

4 結束語

提高水平井的鉆井速度可以縮短鉆井周期、降低成本和保障施工安全，對提高鉆井效率和降低油氣田開發(fā)成本有重要的意義。各鉆井公司在施工的過程中都在積極地總結經(jīng)驗教訓，采用新技術，探索新理論，保證水平井鉆井速度的不斷提升。

參考文獻

[1]劉瀟瀟.水平井鉆井速度的因素分析[J].中國石油和化工標準與質(zhì)量2013（15）：58.

[2]王春青.對水平井鉆井速度的探討[J].化學工程與裝備，2010（9）：130-131.

[3]李傳華.長慶蘇里格氣田水平井快速鉆井技術研究與應用[D].西安石油大學.

[4]郭海州，羅立橫.提高水平井鉆井速度的認識與實踐[J].石油科技論壇，2008（3）：40-43.

[5]趙彥彬，宴麗，李龍.探討如何提高水平井鉆井提速技術[J].國石油和化工標準與質(zhì)量，2014（6）：85